系统布置设计交互式实验平台研究与实现

李乃梁+++任为+++高俊

【摘要】从设施规划课程教学目的出发，将遗传算法与禁忌搜索算法应用于定量型SLP法设计中，用VB.NET和SQL Server开发一个厂区布局智能CAD实验平台。介绍了该实验平台的总体框架、功能模块、定量型SLP法和关键技术等。该实验平台的应用不仅提高了学生综合运用所学知识的能力，还激发学生根据布置条件、最新生产管理理念进行创新的意识，对培养学生的应用能力、研究能力和创新能力有着积极作用。

【关键词】设施规划 ； 实验平台 ； SLP ； 计算机辅助设计 ； 仿真

【课题项目】中国矿业大学课程建设与教学改革项目（201101）。

【中图分类号】TP311.52 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2015）35-0051-02

工业工程（industrial engineering， IE）专业是伴随着工业化和社会化生产方式发展起来的产物[1]。设施规划与设计，起源于早期制造业的工厂设计，是工业工程的重要分支[2]。“2012版本科培养方案”把其列为研究型课程，该课程需要研究型实验辅助教学。研究型实验教学注重实验教学中的研究性，故又称研究性实验教学，研究性表现在实验的内容、方法、技术和过程上面[3]。“设施布置设计”是该课程的主体内容之一，也是教学难点。

1.布置设计系统开发

布置设计可以理解为将n个设备放置到n个位置上，其中每个位置上能且仅能放置一台设备，共有n！个选择。因此，布置问题是典型的二次分配问题（quadratic assignment problem， QAP）[5]。SLP法是目前解决设施布置问题运用较为广泛的方法，也是国内外各高校主要讲解的布置设计方法。应用SLP技术手工完成布置和调整十分繁琐，并且它提供的布置方案少，不能同时满足时间和寻优需求。

1.1 系统总体框架

系统采用VS环境下的VB编程技术，结合数据库存储技术，并且融合了改进的SLP方法和人工智能算法。用户输入基础数据，数据经过分析计算后由自动布局模块得出物流成本最小的方案，布局输出模块控制CAD自动绘制厂区布置图，同时输出各方案的相关参数，提供设计人员初选，再将初选方案进行三维及物流仿真，根据三维效果和物流仿真分析进行方案再选，最后由人工修正形成最终布局方案图。系统能够自动获取数据，自动生成方案，设计过程和结果进行智能显示，体现出良好的人机智能交互界面。

1.2改进SLP法—定量型SLP法

SLP是一种以作业单位物流与非物流的相互关系分析为主线的规划设计方法，采用一套表达力极强的图例符号和简明表格通过一套条理清晰的设计程序进行工厂布置设计的方法。这种方法被设施设计人员与生产管理人员广泛采用，实践效果良好。

然而传统SLP法在多个设计过程中过于侧重以经验为主导，而且设计人员对方案的设计绘制工作量大，对人的综合能力要求高，不能使得该方法简便运用于实践。

1.3实验平台功能模块

实验平台的功能模块，包括项目管理模块，基础数据模块、数据计算分析模块、结果输出模块和仿真模块。

数据计算模块的主要功能是实现SLP法的主体计算、非物流因素参數的量化以及相关工艺流程图的整合分析，其具体内容为：

（1）SLP法中的主体计算主要是根据基础模块中的基础数据进行物流量计算、非物流关系计算、物流与非物流综合关系的计算。

（2）对基础数据中产品的工艺明细进行分析和整理，形成工艺流程图，以标准的工艺流程图格式输出。

结果输出模块在定量型SLP法的基础上融合计算机的运用，通过建立以物流成本为参照的数学模型，选取遗传算法和禁忌搜索算法，以物流与非物流综合关系为基础，在快速计算过程中形成的诸多可行方案中不断遍历择优，每个算法形成三个实际物流成本相对较小的方案。

2.方案图布置

本系统采用智能算法进行厂区的设施布置，故此构建以成本为目标函数的方案图布置模型。成本由物流关系与非物流关系的综合物流量、物流路径及标准物流主体的单位物流成本构成。以坐标系的第一象限为基础，在给定的区域面积内，放置各作业单位，以作业单位的几何中心作为基点，以其边长和安全距离作为限定条件，建立考虑作业单位安全距离及走到顺畅的最小成本布置模型。

3.结束语

系统布置设计交互式实验平台的建设弥补了我校“设施规划与物流分析”教学中系统布置设计实验的空白，完善了我校综合型工业工程实验室的建设。该实验平台将“设施规划”、“计算机语言编程”、“CAD二次开发”、“智能优化算法”“人机工程”和“系统仿真”等多门课程知识集成。

参考文献

[1]罗宜美，齐二石，杨文生.工业工程应用趋势研究[J].高等工程教育研究， 2005（4）：69-71.

[2]王家善.设施规划与设计[J].工业工程， 1998，1（1） ：11，13.

[3]王叶，马国红，阎晓娜.研究型实验教学探索[J].实验室研究与探索，2009，28（4）：101

作者简介：李乃梁（1973-）， 男， 河北泊头人，副教授，博士研究生， 研究方向为系统工程、物流工程。endprint